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    • Gabriel Torres

      Seja um moderador do Clube do Hardware!   12-02-2016

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marcio lopes da silva

Projeto de inversor de 12V para 110V de 5000W

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@marcio lopes da silva Seu post foi movido para novo tópico. Obrigado pela compreensão.

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Que tipo de inversor deseja, ou melhor, o que pretende pendurar como carga?

Onda senoidal (+ complexa e + cara) ou quadrada (+ simples e barata)?

senoidal: quando se pretende acionar motores AC. Onda quadrada fazem os motores roncar, aquecer, vibrar, etc.

quadrada: para equipamentos eletrônicos em geral.

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só de teorizar a corrente que vai passar pelo 12v me dá calafrios. Se eu fosse você cogitaria 48V ou +

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1 hora atrás, Isadora Ferraz disse:

só de teorizar a corrente que vai passar pelo 12v me dá calafrios. Se eu fosse você cogitaria 48V ou +

 

Se bem que é tudo relativo. 

10 unidades de conversores DC/DC operando em paralelo, cada um com capacidade para 500 watts, cada um vai consumir uns 42 amperes da bateria. 

Somando a potência de todos já daria 5000 watts em 12V....

 

Quanto a corrente sugada da bateria também é bastante relativa. 

A quantidade de baterias que você usaria em série para formar 48V por 104 amperes, também poderia usar em paralelo para poder formar 416 amperes. A corrente por bateria não mudaria.

 

Até na questão de cabos condutores é relativo: 

Se em 48V por 104 amperes você usa cabo de 25mm²...

Em 416 amperes precisaria usar 4 cabos de 25mm² em paralelo.

 

No final das contas daria as mesmas perdas e mesmas eficiência.  

 

Segue a minha contribuição no entendimento de como funciona os conversores:

https://www.youtube.com/watch?v=Awgj2PChlWY&t=0s

 

 

adicionado 3 minutos depois

Segue um projeto de inversor senoidal que terminei: 

 

https://www.youtube.com/watch?v=o0_e1BE2z6U

 

 

 

 

adicionado 24 minutos depois

 

 

 

Essa placa que fiz tem capacidade para drenar até 300 amperes na saída da ponte H em 14Vac.

O que já daria 4200 watts. Quase os 5000 watts que o amigo acima precisa. 

 

Apesar deste valor absurdo de corrente, a placa possui 24 unidades de mosfets e a corrente por mosfet medida na entrada da placa em 24V dá apenas uns 30 amperes por mosfet...

Eu uso o mosfet IRF1404 que quando em bom dissipador suporta muito bem até uns 50 amperes em modo PWM.

Os IRF1404 são mosfets tão potentes que é bem capaz da desta placa que fiz suportar os 5000 watts em 24V. 

Mas eu garanto apenas os 4000 watts. 

 

Abaixo um teste que fiz com até 257 amperes.

Não chegou a 300 amperes pois a bateria não suportou. 

image.png.155f3ab50cae5a494119ac3ebf8c954a.png

 

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1 hora atrás, Isadora Ferraz disse:

só de teorizar a corrente que vai passar pelo 12v me dá calafrios. Se eu fosse você cogitaria 48V ou +

- Fio para 100A tem o diâmetro de 1 dedo. Para 500A é um braço. E me refiro apenas ao cobre. Ainda tem a isolação.

- Como referência fácil do dia a dia, um chuveiro elétrico tem essa    mesma potencia e o fio é um palito de fósforo por trabalhar em 220V.

- Potencia dissipada = R x I². Para cada dobro de tensão comutada na mesma potencia reduz-se em 75% as perdas por comutação se usar mosfet ou 50% se usar IGBT.

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1 minuto atrás, Sérgio Lembo disse:

- Fio para 100A tem o diâmetro de 1 dedo. Para 500A é um braço. E me refiro apenas ao cobre. Ainda tem a isolação.

- Como referência fácil do dia a dia, um chuveiro elétrico tem essa    mesma potencia e o fio é um palito de fósforo por trabalhar em 220V.

- Potencia dissipada = R x I². Para cada dobro de tensão comutada na mesma potencia reduz-se em 75% as perdas por comutação se usar mosfet ou 50% se usar IGBT.

 

 

Olá amigo. Isso é bem relativo também:D

Em redes eletrificas eu lembro de ter lido alguma coisa nas normas de que tem que dar queda de tensão de no máximo 5%.

Os cabos das redes elétricas normalmente possuem muitos metros. Percorrem distâncias grandes. Então para que dê apenas 5% de quedas o projetista é forçado a compensar na bitola do cabo.

 

Os cabos normalmente suportam estas correntes, sem que derretam seus isolamentos:

image.png.1a32ceeb3b5930ca99d6073d8fb97110.png

 

 

adicionado 4 minutos depois

Então permitam que eu me corrija nos exemplos que dei: 

Para 500 amperes, seriam necessário 4 cabos de 35mm² em paralelo. 

 

E fatalmente a tensão poderá descer a perto de 10V, consumindo 500 amperes para entregar os 5000 watts. 

Na verdade pode até passar de 500 amperes. 

Mas os 4 cabos de 35mm² suportam legal. 

 

Mas acredito que não deva usar mais de um metro de cabos. 

 

adicionado 8 minutos depois

Conforme eu disse acima, 10 unidades de conversores DC/DC de 500 watts dão conta do recado.

Vão consumir uns 50 amperes da bateria cada um.

 

Um conversor em Pulsh-pul com dois mosfets em paralelo de cada lado já é capaz de entregar 500 watts tranquilo. 

201162415439663.jpg

adicionado 12 minutos depois

Vídeo de um amigo testando um conversor DC/DC:

https://www.youtube.com/watch?v=CiogrbdziKM&list=PLOqN3HuamSXNfR252szLsnmGwK8NuhYLN&index=3&t=464s

 

adicionado 13 minutos depois

Playlist com todos os vídeos explicando os conversores: 

https://www.youtube.com/playlist?list=PLOqN3HuamSXNfR252szLsnmGwK8NuhYLN 

 

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@albert_emule , para se comutar 400A com IGBT, @ 1,2V de saturação lá se vão 500W de dissipação de calor e muita grana. Vai ter que ser um módulo e tanto. Reduzindo um pouco (mas não muito) o custo, são 1,7V de saturação e 680W de fogareiro elétrico. Não se iluda muito com as correntes prometidas pelos mosfets e seus maravilhosos Rds. São para duty < 1%. Olhando para as curvas, quando se vai no DC o buraco é bem mais embaixo. Para se ter apenas 100W de perdas nessa corrente o mosfet ou o conjunto deles terá que ter apenas 625 microOhms @ 100ºC, o que equivale a uns 250 microOhms @ 25ºC. Já que vai ter que usar várias baterias, colocar em série facilita e muito as coisas.

adicionado 13 minutos depois

Esses inversores que citou aceitam paralelismo?

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6 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

@albert_emule , para se comutar 400A com IGBT, @ 1,2V de saturação lá se vão 500W de dissipação de calor e muita grana. Vai ter que ser um módulo e tanto. Reduzindo um pouco (mas não muito) o custo, são 1,7V de saturação e 680W de fogareiro elétrico. Não se iluda muito com as correntes prometidas pelos mosfets e seus maravilhosos Rds. São para duty < 1%. Olhando para as curvas, quando se vai no DC o buraco é bem mais embaixo. Para se ter apenas 100W de perdas nessa corrente o mosfet ou o conjunto deles terá que ter apenas 625 microOhms @ 100ºC, o que equivale a uns 250 microOhms @ 25ºC. Já que vai ter que usar várias baterias, colocar em série facilita e muito as coisas.

 

Não amigo. A eletrônica evoluiu muito.

Este mosfet aí IRF1404 tem RDS-on de 0,004 Ohms 

E com temperaturas altas este valor apenas dobra.

 

Eu percebo isso na proteção que coloquei na placa, que mede corrente medindo a queda de tensão entre dreno e source quando o mosfet está comutado. 

Quando os dissipadores estão mais quentes, o sensor que mede o RSD-ON fica mais sensível, atuando com menos corrente. 

Quando mais frio, fica menos sensível. 

 

Mas te garanto que este valor de RDS-ON no máximo ele dobra quando o mosfet está a uns 100 graus. 

Mais veja que se dobrar, ainda ficará com 0,008, portanto é um valor muito baixo. 

 

Hoje em dia os IGBTs só ganham para mosfets em tensões elevadas e há controvérsias, pois para aplicações de baixa potência em até 3000 watts, existem mosfets que ganha de lavada em IGBTs em até 400V DC. 

Estes mosfets modernos são muito usados naquelas fontes de telecomunicação de 48V DC que dão até 96% de eficiência. 

E não tem desculpa que não temos acesso, pois na mouser electronics tem todos eles e chega certinho em no máximo 7 dias. 

 

E o mosfet que citei, que possui RDS de 0,004 é o mais barato e fácil de achar.

Pois eu já vi com 0,003. 

E existem uns usados em retificação síncrona que são muito bons.

 

Eu fiz um teste prático com estes mosfets. 

Escolhi o mais ruim deles. o IRFZ46N.

Com 30 amperes em 12V o danado dissipou no máximo uns 30 watts.

E geralmente eles suportam dissipar muito mais watts que isso. 

Veja o teste: 

https://www.youtube.com/watch?v=URSVPQIRaZE&t=0s

 

 

 

 

 

 

 

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@albert_emule Se vai trabalhar quente, dá para prever 1,5 vezes o Rds frio. Ainda no assunto, para dissipar apenas 100W vai precisar de uns 20 desses mosfets que citou. E já que será necessário varias baterias, porque se insistir na alta corrente? A não ser que seja um inversor para uma muito breve emergencia enquanto um gerador diesel não entra, caso contrário não faz sentido.

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30 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

Para se ter apenas 100W de perdas nessa corrente o mosfet ou o conjunto deles terá que ter apenas 625 microOhms @ 100ºC, o que equivale a uns 250 microOhms @ 25ºC. Já que vai ter que usar várias baterias, colocar em série facilita e muito as coisas.

Pelo que já testei, até chegar a esta versão de placa de inversor senoidal que mostrei nos vídeos.... É prudente dimensionar até uns 30 amperes por mosfet. Fica muito bom assim e muito eficiente também.

 

Para uma ponte H que suportasse 500 amperes, iria precisar de 17 mosfets IRF1404 em paralelo só num braço da ponte. 

A ponte completa iria ter 68 mosfets.

 

Contudo se for usar conversor Pulsh- pull, só precisa de metade disso:

Apenas 34 mosfets, sendo 17 mosfets de cada lado. 

 

Lembrando que até poderia ter menos mosfets. Mas 30 amperes por mosfets fica bem dimensionado. E bem eficiente também.

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Corrigindo, se vai trabalhar quente, um  acréscimo de 1,5 vezes o Rds frio. Dessa forma, 100 miliOhms ficam 250 miliOhms.

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22 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

para dissipar apenas 100W vai precisar de uns 20 desses mosfets que citou. E já que será necessário varias baterias, porque se insistir na alta corrente? A não ser que seja um inversor para uma muito breve emergencia enquanto um gerador diesel não entra, caso contrário não faz sentido.

 

Nossa amigo.... Aí também é de lascar kkkkkk:D

Você quer eficiência de 98%???

 

Se bem que também dá umas perdas nos transformadores. 

Vamos considerar 10% de perdas total, que já seria muito top, pois os melhores inversores no mercado hoje dão perdas de 10%....

Então ficaria uns 5% pros mosfets e mais 5% pros transformadores, certo?.

 

Perdas de 5% que já são muito boas e de alta eficiência, já daria 250 watts.

Para ter estas perdas teria que usar um pouco mais de mosfets: 20 ou 25 mosfets em paralelo por braço. 

adicionado 8 minutos depois

Só uma observação:

Transformadores toroidais de 60Hz bem projetados da altíssimas eficiência. 

Este transformador que testei nos vídeos dá 97% de eficiência com potência de 600 watts. 

 

Os de ferrite como os mostrados no vídeo e um amigo, também dão altíssima eficiências.

 

E todos os transformadores que trabalham em potência máxima por longos períodos tem a tendência de dar altas eficiências.

Pois transformador geralmente não tem como dissipar calor. As bobinas ficam dentro de matérias que não são bons condutores térmicos.

Por isso se um transformador dissipar muita potência com carga máxima, uma hora ele acaba queimando as bobinas. 

 

 

 

 

 

Editado por albert_emule

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@albert_emule tem razão em relação a eficiencia.

Mas pense bem:

- um ferro de 50W já esquenta barbaridade. São várias centenas de watts de aquecimento. O quer puder ser simplificado ajuda e muito.

- Fazer uma montagem de 500A é osso, vai cair nas barras.

- Supondo o uso do IRF1404 (Vds 40V), o uso de 24V já reduziria o aquecimento em 75% com o mesmo numero de transistores ou em 50% usando apenas a metade deles.

adicionado 2 minutos depois

Ressalte-se que a associação em série não aumenta o custo da montagem.

adicionado 7 minutos depois

@albert_emule , pensei numa coisa agora: será que o autor está pensando em colocar um som caseiro no porta-malas da fubeca dele pra impressionar o mulherio? Coitado vai ficar sem bateria num instante, a mulherada vai sumir quando perceber que vão ter que empurrar o carro e borrar a maquiagem com suor. kkkkkkkkkkkkk

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22 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

 

@albert_emule , pensei numa coisa agora: será que o autor está pensando em colocar um som caseiro no porta-malas da fubeca dele pra impressionar o mulherio? Coitado vai ficar sem bateria num instante, a mulherada vai sumir quando perceber que vão ter que empurrar o carro e borrar a maquiagem com suor. kkkkkkkkkkkkk

:D:D:D

 

Verdade.

 

Também fico curioso para saber onde usará este inversor, pois mesmo para sistemas OFF-GRID de energia solar residencial, potencias tão altas assim ficam inviáveis manter em baterias. 

 

Muitas vezes o cara quer apenas ligar uma geladeira, uma TV, um PC e luzes. 

Quando muito, uma maquina de lavar. Mas esta consome em picos de 800 watts para cada lado que o rotor gira. De vez em quando um eletrodoméstico do tipo liquidificador. Mas nunca tudo ao mesmo tempo.

É muito difícil da potência chegar a 1000 watts. E quando chega a 1000 watts é por poucos minutos. 

 

Em energia solar OFF-GRID, se você consome 300 watts hora, já é um consumo bem alto e corre risco de ficar sem energia e ter que ligar gerador.   

adicionado 2 minutos depois

 Vídeo de um amigo que usa energia solar OFF-GRID:

O teste com maquina de lavar.

https://www.youtube.com/watch?v=s4aNsEAcIGQ&t=0s

 

 

 

 

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E lá vamos nós para o off-topic. @albert_emule, dando continuidade ao seu comentário (PC, luzes, etc), considerando luzes de led e eletrodomésticos 127V que usam fonte chaveada, será quer um simples boost de 150Vdc já não daria conta? Afinal de contas, 127Vac dá 178V de pico e a eficiência poderia passar fácil dos 95% com baixo investimento. Apenas geladeira, ventilador e ar condicionado ficariam fora disso.

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2 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

E lá vamos nós para o off-topic. @albert_emule, dando continuidade ao seu comentário (PC, luzes, etc), considerando luzes de led e eletrodomésticos 127V que usam fonte chaveada, será quer um simples boost de 150Vdc já não daria conta? Afinal de contas, 127Vac dá 178V de pico e a eficiência poderia passar fácil dos 95% com baixo investimento. Apenas geladeira, ventilador e ar condicionado ficariam fora disso.

Dá conta sim.

 

Existem também lâmpadas de LED que operam em 12V. 

Existe uma de boa marca, chamada gold, que vem com conversores internamente.

Quem usa diz que funciona muito bem. 

 

Como o senhor disse: Apenas geladeira, ventilador e ar condicionado ficariam fora disso.

Se bem que ar condicionado está fora de questão em energia solar OFF-GRID:D

Mas é preciso observar que alguns PCs com fontes que possuem estágio corretor de fator de potência, nem iria ligar. 

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1 minuto atrás, albert_emule disse:

Mas é preciso observar que alguns PCs com fontes que possuem estágio corretor de fator de potência, nem iria ligar. 

E porque não? As fontes com corretor de fator trabalham com Ton fixo ao longo do semi-ciclo, o que gera o envelope senoidal para uma entrada senoidal. Se a entrada for DC, qual o problema?

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45 minutos atrás, Sérgio Lembo disse:

E porque não? As fontes com corretor de fator trabalham com Ton fixo ao longo do semi-ciclo, o que gera o envelope senoidal 

 

Não é tão simples assim.

Muitas nem aceitam a onda PWM dos no-breaks semi-senoidais.

Eu trabalho com manutenção de no-breaks. Sei o que estou dizendo. Clientes já passaram maus bocados com isso.

Teve cliente que comprou no-break semi-senoidal de 3Kva para manter o servidor. Depois teve que comprar outro de onda senoidal pura de 3Kva.  

 

Fontes que corrigem PFC usam circuitos integrados que fazem analises matemática complexas de corrente e tensão.

Elas consomem uma corrente completamente senoidal em fase com a tensão da rede elétrica.

O problema é que as compensações do PWM precisa mudar quando a potência de consumo na saía da fonte muda. É um negócio de matemática complexa. 

 

Eu sempre procurei uma forma analógica de controlar isso. Nunca encontrei. 

Com circuitos analógicos deve ficar muito complicado. 

Os circuitos integrados que controlam isso são digitais internamente.Costumam ter um processadorzinhgo lá dentro.  

 

 

 

adicionado 8 minutos depois

Este circuito integrado do PDF a seguir: 

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc3854.pdf

Eu já avaliei um no-break que estyava com a etapa do PFC de entrada com IGBTs estourados. Daí eu só alimentei o circuito integrado para ver se sairia PWM. Se saísse, o componente estaria bom. 

 

Só que mesmo alimentado não saia PWM. 

Eu acabei descobrindo que só gerava PWM quando entrava um sinal senoidal numa pinagem do IC. 

 

Este por exemplo, não funciona se alimentar com tensão DC. 

adicionado 11 minutos depois

Este circuito integrado tem um terminal projetado para monitorar as tensões em RMS. 

E só funciona se for AC.

E até acredito que tem que ser dentro dos parâmetros considerados como normal para uma alimentação AC. 

image.png.2bf0f13de6d6bf3dde1b4dd1127890b2.png

adicionado 20 minutos depois

A complicação do controle está no fato de que você tem que manter a tensão de saída estabilizada em 400V DC e ao mesmo tempo manter a corrente de consumo de entrada em fase com a tensão de entrada. 

Então o controlador tem que se virar controlando o Duty-cycle de entrada para manter sempre a corrente em fase com a tensão e ao mesmo tempo manter a saída estabilizada em 400V DC. 

 

A matemática disso é bem complexa. 

E muda tudo quando a carga na saída muda ou varia o consumo. 

 

AC_Voltage_and_Current_(PFC).jpg

adicionado 25 minutos depois

E o consumo na enarrada do PFC não força uma "onda senoidal artificial". 

O circuito segue a forma de onda que naturalmente já existe na rede elétrica. 

O circuito PFC simula literalmente um resistor. 

adicionado 27 minutos depois

Engraçado que esta lógica de funcionamento dos circuitos PFC, parece muito com a lógica de funcionamento dos inversores GRID TIE. Pelo menos nesta parte do controle da corrente. A diferença é que ao invés de injetar potência, consome a potência. 

 

 

Editado por albert_emule

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@albert_emule , andei estudando um pouco sobre PFC  nesses ultimos meses. Sobre o fato da frequencia variar, na maioria das topologias de controle é apenas o t_off que varia. O t_on fica fixo depois do circuito estabilizado, aumentando ou diminuindo junto com a carga, em especial nos modelos que operam em DCM. Ficando o boost ligado um tempo fixo,. a corrente será linearmente proporcional a tensão instantânea da linha AC. É dessa forma que se envelopa a corrente. Nas topologias DCM ainda se tem um circuito auxiliar pelo pino ZCD que avisa quando a corrente do indutor zerou para iniciar um novo disparo, o que reduz o as harmonicas. Tem a vantagem de se poder usar um, diodo rápido comum sem ter perdas de recovery time. No CCM tem que ser Shottky, bem mais caro. Também elimina as perdas de time-rise, já que as entrada é sempre em zero ampere. Em compensação o pico de corrente é exatamente o dobro da corrente média. Vai bem até uns 250W.

Acima de 150W já dá para se pensar em CCM. No CCM o pico de corrente dificilmente ultrapassa 20% da corrente média. Isso reduz o tamanho do indutor, já que a saturação dele é calculada pelo pico. As perdas de chaveamento agora passam a ocorrer tanto na entrada como na saida, mas a de saida passa a ser menor já que o pico não é mais o dobro da média, mas uns 20%. As perdas de condução tambem ficam bastante reduzidas pelo mesmo motivo já que estas ocorrem ao quadrado da corrente instantânea.

O UC3854 que mandaste no link opera nos 2 modos, e ainda faz um controle de THD e EMI que supera bastante os modelos mais simples. Li agora no manual dele que consegue menos de 4% de harmonicas. A maioria fica nos 8%. Na maioria dos ICs que estudei a minha ideia até que daria certo, são boosters simples com resposta de malha entre 15Hz e 20Hz e alcançam o PFC de forma natural. Mas sempre tem um chato pra atrapalhar a festa! faz parte.

 

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Boa noite desculpe a intromissão, mas estou com um problema no meu projeto do inversorde frequencia, mas é meio complexo para tentar passar por aqui, poderia me enviar um email  -> albert_emule para que eu possa estar te passando meu material e voce dar uma olhada e ver se poderia me ajudar?

desde ja agradeço. marcoszagoeng@gmail.com

Editado por Zago10

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@Zago10 Abra um tópico para seu problema, tenho certeza que todos aqui poderão te dar uma ajuda importante....

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14 minutos atrás, Bcpetronzio disse:

@Zago10 Abra um tópico para seu problema, tenho certeza que todos aqui poderão te dar uma ajuda importante....

É que sou novo no site, nao conheço muito bem e nao encontrei um tópico especifico pro meu problema , desculpe. http://www.clubedohardware.com.br/forums/topic/1251306-problema-com-mosfet-no-inversor-de-frequencia/

 

Editado por Zago10
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é disso que estou falando. Num disse que o trem ia esquentar? kk

Baixa tensão, alta corrente: haja ausência de maus contatos....

 

7 horas atrás, albert_emule disse:

10 unidades de conversores DC/DC operando em paralelo, cada um com capacidade para 500 watts, cada um vai consumir uns 42 amperes da bateria. 

Somando a potência de todos já daria 5000 watts em 12V....

 

Quanto a corrente sugada da bateria também é bastante relativa. 

A quantidade de baterias que você usaria em série para formar 48V por 104 amperes, também poderia usar em paralelo para poder formar 416 amperes. A corrente por bateria não mudaria.

a ideia dos 10 conversores é boa. 42A de cada um dá 420A sendo sugados da bat e se for em regime constante, penso não ser muito saudável pra bateria e num algum equipamento made in home.... talvez a proposta do autor

 

Ainda prefiro 4 bat em serie a em paralelo.... 416A? afff...

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